[发明专利]一种基于脑电信号的二维心理坐标式过程性教学评价系统

说明书

本发明设计了一种基于脑电信号的二维心理坐标式过程性教学评价系统，可利用便携式脑电采集设备实时采集学生脑电信号，并基于脑电波段功率值法与本征模函数样本熵值法计算学生的注意力及愉悦度信息，并以注意力‑愉悦度二维坐标图的形式，通过课堂实时显示装置实时显示班级学生的学习状态。本发明还将注意力‑愉悦度二维坐标图划分为“积极主动”、“兴趣驱动”、“价值驱动”、“消极被动”以及“异常现象”五大区域，并以此为依据计算学生课堂表现得分及教师授课得分。通过对师生得分情况的长期收集与分析，来反映学生学习状态的波动情况，还能为教师教学模式的探索、教育教学的改革提供科学有力的参考。

技术领域

本发明涉及一种电操作教学工具，可捕捉学生的注意力及愉悦度等心理信息，并提供学生与教师的通信，属于教育领域。

背景技术

教学评价是以学生为主体的，依据教学目标对教学过程及结果进行价值判断的过程，在教学过程中起着极其重要的作用。考试，作为一种迅速便携、成本低廉的总结性教学评价手段，以其固定的内容及限定的时间，可在一定程度上减少由评价者的个人好恶而带来的评价准确性偏差。然而，学生的学习与发展是一个动态的过程，学习过程中的积极反馈相较于结果控制，对学生的成长更有帮助。此外，单纯的总结性教学评价往往使得学生忽视日常的知识积累。由此可见，教学评价体系更应重视学习的动态历程，发明一种实时、有效、全面的过程性教学评价手段迫在眉睫。

学生课堂注意力集中的高低程度是衡量学生听课质量、评判教师教学效果的重要依据。由于脑机接口技术的飞速发展使得利用脑电信号对人体心理学指标进行捕捉成为可能，因此若能为每位学生配备一台便携式脑电信号采集设备，并基于相关算法评价学生的注意力集中情况，则可在大大减轻教师工作任务的前提下，实时跟踪每一位学生的学习状态，弥补了传统结果性评价方法的不足。此外，良好的课堂生态应充分发挥学生的主观能动性，既认真又轻松，既师生尊重又充满活力。因此，过程性教学评价除了应该分析学生注意力的集中情况，更该利用脑电技术充分提取学生的愉悦度信息，以反映学生对教师授课内容以及授课方式的接受与喜爱程度。由此可见，课堂上对学生注意力及愉悦度的双重分析可以真实的反应出每位学生的课堂心理表现，教师可依据班级学生的整体表现及时的调整授课模式。此外，对学生注意力及愉悦度数据长期的收集与分析，更能够反映出学生学习状态的波动情况，也可为教师教学模式的探索、教育教学的改革提供科学有力的参考。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于完善现有技术，提供一种基于脑电信号的二维心理坐标式过程性教学评价系统，通过构建注意力-愉悦度二维坐标来弥补现有技术中仅仅利用学生注意力集中程度反映学生听课质量的缺陷。本发明基于脑电信号对学生进行注意力及愉悦度的双重分析，构建注意力—愉悦度二维可视化显示装置，旨在实时反映班级学生整体的听课状态，可为教师授课方式的调整提供及时的参考。此外，本发明还可在课程教学结束后为学生表现及教师表现打分，并对学生及教师得分情况进行长期收集，以反映学生的学习波动情况，并为教师探索教学授课模式、实行教育教学改革提供参考。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于脑电信号的二维心理坐标式过程性教学评价系统，包括脑电信号采集子系统，注意力-愉悦度分析子系统，课堂实时显示装置以及师生听授课打分子系统；脑电信号采集子系统，用于采集学生脑电信号并进行模数转换；注意力-愉悦度分析子系统利用微处理器驱动无线模块接收脑电信号并进行预处理，并基于脑电信号各频带功率值反映学生注意力状态，并基于脑电信号本征模函数样本熵值反映学生愉悦度状态；课堂实时显示装置，用于将班级各个学生的注意力及愉悦度分析结果以二维坐标图的形式随堂显示；师生听授课打分子系统，用于课程结束后统计各个学生的注意力及愉悦度分析结果，为学生课堂总体表现进行打分，并依据班级学生的总体得分情况为教师打分。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述脑电信号采集子系统基于集成模拟前端芯片，可采集学生前额叶脑电信号；所述注意力-愉悦度分析子系统基于微处理器进行构建。